Dossier soutenance de thèse

Annexe 4

Service de la Recherche N° d’ordre : D 10 -

THESE
présentée
devant l'Institut National des Sciences Appliquées de Rennes
en vue de l'obtention du
DOCTORAT

spécialité : Electronique & Télécommunications

par Lahatra RAKOTONDRAINIBE
Intitulé : Conception et réalisation d’un système de communications sans fil très haut débit à 60 GHz pour les applications WPAN
Directeur de Thèse : M. Ghaïs EL ZEIN
Date, heure et lieu de soutenance : 19 Novembre 2010 à 10h30, Amphi Bonnin, INSA de Rennes
Membres du jury (nom, prénom, titre) :

M. Emmanuel BOUTILLON

Professeur des Universités, UEB Sud / Rapporteur

M. Jean-François DIOURIS

Professeur des Universités, Polytech’Nantes / Rapporteur

M. Ali KHENCHAF

Professeur des Universités, ENSIETA, Brest / Examinateur

M. Ali LOUZIR

Technical Manager, Technicolor, Rennes / Examinateur

Mme Isabelle SIAUD

Ingénieur-Chercheur, FT R&D Orange Labs, Rennes / Examinateur

M. Gheorghe ZAHARIA

Maître de Conférences, INSA, Rennes / Co-encadrant de thèse

M. Ghaïs El ZEIN

Professeur des Universités, INSA, Rennes / Directeur de thèse
RESUME

Les systèmes sans fil à 60 GHz qui sont actuellement en cours de normalisation dans la bande sans licence de 57-66 GHz visent un débit de données de plusieurs Gbit/s pour des applications de futurs réseaux locaux sans fil (WPAN). Jusqu’à présent, de nombreux travaux publiés ont considéré les aspects caractérisation du canal de propagation, applications potentielles, antennes, conception des circuits et des techniques de modulations à 60 GHz. Or, peu d’études portent sur la réalisation d’un système de communications sans fil à 60 GHz et la caractérisation de ses performances dans des environnements réalistes. Ce travail, réalisé dans le cadre du projet Techim@ges, du pôle « Image et Réseaux » et en liaison avec le CPER Palmyre, présente une réalisation expérimentale complète de communications Ethernet Gigabit sans fil à 60 GHz opérant à environ 1 Gbit/s (plus précisément à 875 Mbit/s). Compte tenu du fait que la liaison radio à 60 GHz est mono-pièce, une hybridation de la technologie avec la fibre optique est utilisée pour assurer les communications dans toutes les pièces d’un environnement résidentiel. Le système réalisé dispose d’une bande passante de 2 GHz. En utilisant des blocs millimétriques à 60 GHz existants, le travail a porté principalement sur la conception et la réalisation des modules en bande de base et en FI (codage de canal, modulation, synchronisation, etc.). Une modulation mono-porteuse DBPSK est retenue à l’émission (Tx). La structure du récepteur proposé est basée sur une démodulation différentielle et sur une unité de traitement du signal composée d’un bloc de synchronisation conjointe trame et octet, d’un débrasseur et d’un décodeur correcteur d’erreurs RS(255,239). Une technique originale de la synchronisation octet/trame est conçue pour obtenir une forte probabilité de détection de préambule et une très faible probabilité de fausse alarme. Le système proposé offre un bon compromis entre performances et complexité. Des mesures de performances ont été réalisées dans différentes configurations et pour différents types d’environnements. Les résultats de mesures ont montré une bonne qualité de transmission et un taux d’erreur binaire (TEB) faible pour une distance entre Tx et Rx de 30 mètres, avec des antennes directives et dans des conditions de visibilité directe.

ABSTRACT
60 GHz wireless systems that are currently under standardization within the unlicensed 57-66 GHz band are targeting multi-gigabit data rate for wireless personal area networks (WPANs) applications. Up to now, in the literature, several studies have considered the characterization of the propagation channel, potential applications, antennas, circuit design issues and several modulations at 60 GHz. However, few efforts have been dedicated to the realization of a 60 GHz wireless communications system and the characterization of its performance in realistic environments. This work, conducted under the Techim@ges research project supported by French “Media and Networks Cluster” and in association with Palmyre project, presents a full experimental implementation of a 60 GHz wireless Gigabit Ethernet communication system operating at near gigabit data rate (more precisely at 875 Mbps). As the 60 GHz radio link operates only in a single room configuration, a hybrid technology with the Radio-over-Fiber is used to ensure the communications in all the rooms of a residential environment. The realized system covers 2 GHz available bandwidth. By using the existing 60 GHz millimeter-wave blocks, this work is based on the design and realization of the baseband and intermediate frequency architectures (channel coding, modulation, synchronization, etc.). A DBPSK single-carrier modulation is retained at the transmitter (Tx). The structure of the proposed receiver (Rx) is based on a simple differential demodulation to reduce the inter-symbol interference effect and a signal processing unit comprising byte/frame synchronization, a descrambler and an RS(255,239) decoder. An original byte/frame synchronization technique is designed to obtain a small value of the preamble false alarm and missing probabilities. The proposed system provides a good trade-off between performance and complexity. Performance measurements have been achieved in different environments and in different configurations. Measurement results show a good communication link quality and a low bit error rate (BER) for a 30 meters distance between Tx and Rx, using high gain antennas and for line-of-sight conditions.

A établir en 1 exemplaire et à remettre au Service de la Recherche 7 semaines avant la date de soutenance.